Mit dem rasanten Ausbau von KI und Cloud-Diensten wächst der Energiebedarf von Rechenzentren.
Gleichzeitig könnten sie unter bestimmten technischen und betrieblichen Voraussetzungen durch eine flexible Stromnutzung zur Entlastung des Stromnetzes beitragen. Welche Möglichkeiten bestehen, erläutert Paulos Marx, geschäftsführender Gesellschafter der RPM Technical Solutions GmbH:
„Rechenzentren gehören zu den größten Stromverbrauchern der digitalen Wirtschaft. Unter bestimmten Voraussetzungen können sie durch eine flexible Stromnutzung dazu beitragen, das Stromnetz zu entlasten. Dabei sind jedoch die technischen Möglichkeiten und die Anforderungen an einen sicheren Betrieb entscheidend.
Der Strombedarf von Rechenzentren steigt rasant. Cloud-Dienste, künstliche Intelligenz und die zunehmende Digitalisierung treiben den Ausbau von Serverkapazitäten voran. Gleichzeitig verändert sich die Stromversorgung: Wind- und Solarenergie liefern immer größere Mengen elektrischer Energie, allerdings abhängig von Wetter und Tageszeit. Damit wächst die Bedeutung flexibler Verbraucher.
Allerdings hängt es stark vom jeweiligen Rechenzentrum, seinen Anwendungen und dem Betriebsmodell ab, welche Flexibilität tatsächlich zur Verfügung steht.
Rechenlast wird zur flexiblen Größe
Eine solche Flexibilität könnten Rechenzentren bieten. Denn nicht jede Rechenaufgabe muss zu einem exakt festgelegten Zeitpunkt stattfinden. KI-Training, wissenschaftliche Simulationen, Rendering oder andere Batch-Prozesse lassen sich unter bestimmten Voraussetzungen pausieren, verschieben oder auf andere Standorte verlagern.
Insbesondere bei KI-Trainingsprozessen und anderen zeitlich planbaren Rechenaufgaben kann es Spielräume geben, den Stromverbrauch an das verfügbare Energieangebot anzupassen. Bei Colocation-Rechenzentren liegt die Steuerung der IT-Last hingegen in der Regel beim jeweiligen Kunden. Der Betreiber kann den Strombedarf der dort betriebenen Systeme deshalb nicht beliebig beeinflussen.
Ob und in welchem Umfang Lasten verschoben oder reduziert werden können, hängt von den jeweiligen Anwendungen, vertraglichen Vereinbarungen und technischen Voraussetzungen ab. Steht ausreichend erneuerbare Energie zur Verfügung und passen die lokalen Netzbedingungen, kann zusätzliche Rechenleistung gezielt in geeignete Zeitfenster verlagert werden. Bei hoher Netzbelastung kann eine Reduzierung des Stromverbrauchs dort sinnvoll sein, wo die IT-Prozesse dies zulassen und ein tatsächlicher Beitrag zur Entlastung des Netzes möglich ist.
Damit entwickeln sich Rechenzentren perspektivisch zu einem Teil eines intelligent gesteuerten Energiesystems. Energiemanagementsysteme könnten Strombedarf, Netzsituation, Strompreise und verfügbare Rechenkapazitäten miteinander verknüpfen und innerhalb definierter technischer und betrieblicher Grenzen entscheiden, welche Workloads wann ablaufen.
Auch Batteriesysteme können einen Beitrag leisten. Dabei ist jedoch zwischen einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV), die kritische IT-Systeme bei Störungen und Ausfällen absichert, und Batteriespeichern zu unterscheiden, die gezielt zur Unterstützung des Stromnetzes eingesetzt werden. Eine USV erfüllt in erster Linie eine sicherheitskritische Funktion und darf nicht ohne Weiteres als flexibel verfügbarer Netzspeicher betrachtet werden.
Batteriespeicher können, sofern sie dafür technisch ausgelegt, entsprechend dimensioniert und in ein geeignetes Betriebskonzept eingebunden sind, kurzfristige Schwankungen ausgleichen und zeitliche Unterschiede zwischen Strombezug und Strombedarf überbrücken.
Flexibilität hat technische Grenzen
Allerdings sind der Flexibilität Grenzen gesetzt. Echtzeitanwendungen, kritische IT-Systeme und Prozesse mit hohen Anforderungen an Verfügbarkeit oder Latenz lassen sich nicht beliebig verschieben. Auch Kühlung, Hardware und Datenübertragung müssen bei häufigen Laständerungen berücksichtigt werden.
Darüber hinaus wirken sich Veränderungen der IT-Last auf die gesamte technische Infrastruktur aus. Kälteanlagen müssen auf veränderte Wärmelasten und Betriebszustände ausgelegt sein. USV-Anlagen, Netzersatzanlagen, Schaltanlagen, Transformatoren und weitere elektrische Komponenten müssen auch bei schwankenden Lasten zuverlässig funktionieren. Regelungs- und Schutzkonzepte sind so abzustimmen, dass die geforderte Redundanz und Versorgungssicherheit jederzeit erhalten bleiben.
Eine flexible Stromnutzung darf niemals zulasten der Verfügbarkeit oder der Ausfallsicherheit eines Rechenzentrums gehen. Die technischen Voraussetzungen dafür müssen frühzeitig in der Konzeption, Dimensionierung und Auslegung der gesamten Infrastruktur berücksichtigt werden. Dazu gehören geeignete Betriebsstrategien ebenso wie die Abstimmung von IT-Lasten, Kühlung, USV, Netzersatzanlagen und elektrischer Energieversorgung.
Als besonders relevant erweist sich zudem der Standort. Für das Stromnetz macht es einen Unterschied, ob ein Verbraucher dort flexibel reagiert, wo tatsächlich ein Engpass besteht. Ein günstiger Strompreis oder ein hohes Angebot erneuerbarer Energien allein bedeutet noch nicht, dass der Strombezug eines Rechenzentrums einen lokalen Netzengpass reduziert.
Entscheidend sind die konkrete Netzsituation, der Zeitpunkt und der Ort des Strombezugs sowie die tatsächlichen Möglichkeiten, die Last netzdienlich zu verändern. Künftige Rechenzentren könnten daher stärker an Standorten mit ausreichender Netzkapazität und guter Anbindung an erneuerbare Energie stehen.
Eine zentrale Herausforderung besteht allerdings darin, dass die benötigte Netzanschlussleistung bei vielen neuen Rechenzentrumsprojekten nicht rechtzeitig zur Verfügung steht, teilweise erst nach mehreren Jahren. Die Verfügbarkeit eines geeigneten Netzanschlusses wird damit zu einem wesentlichen Engpass für die Realisierung neuer Rechenzentrumskapazitäten.
Neue Chancen für Betreiber
Wenn Strompreise und Marktmechanismen entsprechende Anreize schaffen, lässt sich der Betrieb stärker an das verfügbare Energieangebot anpassen. Als Voraussetzung dafür gelten jedoch geeignete regulatorische Rahmenbedingungen und verlässliche Vergütungsmodelle.
Wirtschaftliche Anreize allein reichen jedoch nicht aus: Maßnahmen zur Flexibilisierung müssen zur konkreten Netzsituation passen und dürfen weder die betrieblichen Anforderungen noch die Versorgungssicherheit gefährden.
Das Rechenzentrum der Zukunft könnte damit mehr sein als ein großer Stromverbraucher. Seine Rechenleistung wäre nicht nur eine digitale Ressource, sondern teilweise auch eine flexible Last. Je stärker Stromerzeugung und -verbrauch schwanken, desto wichtiger wird die Fähigkeit, geeignete Rechenprozesse intelligent zu steuern.
Voraussetzung dafür ist eine ganzheitliche Betrachtung, die IT-Betrieb, Energieversorgung und technische Infrastruktur gleichermaßen einbezieht. Spezialisierte Generalunternehmer planen und realisieren beispielsweise die gesamte technische Infrastruktur von Rechenzentren. Deshalb gilt es, Themen wie Energieeffizienz, Versorgungssicherheit, Netzanschlussleistung und mögliche Flexibilität bereits bei der Konzeption und Auslegung zusammenzuführen.
Flexible Rechenzentren können sich so zu einem Bindeglied zwischen wachsendem Digitalbedarf und der Energiewende entwickeln. Ihr Beitrag zur Netzstabilität hängt jedoch davon ab, welche Lasten tatsächlich steuerbar sind, welche Netzbedingungen vor Ort bestehen und wie konsequent die erforderlichen technischen Voraussetzungen bereits in der Planung und Realisierung berücksichtigt werden.“
